西门子6ES7241-1AA22-0XA0方法说明
PLC是现代工业的三大支柱之一，是可靠性高、应用非常广泛的工业控制产品。在中大型模块化的PLC产品中，CPU模块（中央处理器）是PLC的中心。一些重大的工业生产线往往要求连续运行不能停顿，而可靠性再高的PLC也不能保证故障为零，因此，双CPU的冗余控制是一种满足连续生产要求、提高系统可用性的有效手段。下面以熔盐炉自控系统为实例详述双CPU冗余控制的实现方法。
一、熔盐炉自动系统综述
熔盐炉自控系统是一水硬铝管道化溶出生产线上的重要环节，控制熔盐的加热和循环，用熔盐的热量去循环加热铝矿石浆。铝矿石浆的加热至关重要，影响终产品—氧化铝的质量和产量，因此，熔盐的温度控制和循环控制非常重要。
由于熔盐炉系统在管道化工程中的重要性，同时考虑到熔盐是一种活跃的化学品，在不同的温度下有不同的形态，低温下凝固，高温下不稳定会发生化学反应，从而腐蚀管壁甚至于爆炸，所以安全、可靠、操作简便和自动化管理是系统设计的关键，因此考虑用一套双CPU冗余的PLC、两套工控机、高质量的传感器、变送器和执行机构来控制两台1200万大卡的熔盐炉、一台盐泵、一组盐阀、一个熔盐槽和其他相关设备，实现熔盐的加热和循环过程自动化、计算机操作、监控和管理的自动化控制。该系统如图1所示。
控制器PLC、工控机(包括显示器)、通讯网络和电源及关键测试点等系统中的重要部件均采用冗余结构，两套工控机和大屏幕显示器组成的两套监控操作管理台并行运行；两条冗余的ControlNet高速通讯网络同时传送数据；两套直流电源同时向控制器PLC、变送器和开关量输入模块供电，关键测试点同时设置两个传感器测试数据。
冗余设计使系统关键部件的可靠性提高了一倍，而使系统的整体可靠性大大的提高。
二、双CPU的PLC控制器
PLC控制器是系统控制的中心，采集系统的全部工况信号，实时控制相关的设备动作；同时监视生产过程参数和设备运行状态，当危险工况出现时，及时发出声光报警，当极限工况出现时，联锁保护设备，保障生产过程安全。为此，我们选择了以产品可靠性高著称的罗克韦尔自动化公司的新一代控制平台：A-B ControlLogix系列，同时考虑采用双CPU模块冗余，进一步提高系统可靠性，避免因故障出现所引起的生产停顿或安全事故。
三、两种双CPU冗余方式的比较
ControlLogix提供有两种CPU冗余解决方法，一种为纯硬件冗余，另一种为软件冗余。
硬件冗余的方法，是将两个CPU模块插在不同的两个机架上，每个机架上除了CPU模块，还要有通讯模块CNBR、热备模块SRM和两个热备模块间的连接光缆，如图2所示。
软件冗余，是将两个CPU模块插在同一个框架上，利用背板通讯，进行冗余控制，如图3所示。
从以上可以看出，纯硬件冗余的方式硬件投入较多，成本开支较大大。而软件冗余，只需增加一块CPU模块，成本增加很少，因为一般像CPU这种PLC的心脏，厂家都会配有备件，用备件来实现冗余控制，既提高了系统的可靠性和可维护性（可做到在线维护，不影响生产线运行），又不会显著增加成本开支。
单纯从可靠性方面分析，纯硬件的冗余较之软件冗余并无优势。因为增加了较多的部件、模块，这些部件和模块的故障，也会影响系统的可靠性。例如，当两个热备模块之间的连接光缆出现故障，同样会使冗余控制失效。而软件冗余，只增加了一块CPU模块，而两个CPU模块的同时故障率几乎为零。
纯硬件冗余的优点之一，就是不需要软件进行专门的编程，CPU的状态监视和控制权的转移是由两个热备模块来完成的。而软件冗余中两个CPU模块的状态监视和控制权的转移是通过软件编程解决的。因此，软件冗余编程相对比较复杂，工作量较大。
综合考虑以上因素，本熔盐炉自动系统采用软件方式实现PLC的双CPU冗余控制。两块CPU模块同时在系统中运行，一块运行于主控模式，另一块运行于热备份模式。当其中任一块CPU发生故障时另一块CPU立即监视到并发出报警，自动将正常的CPU投入主控模式。CPU的无扰动切换，使系统一直受控，确保了安全，同时，使管道化生产线一直处于正常运行的良好工况中。
四、软件实现
CPU冗余控制的软件实现编程主要从下面两方面考虑：
1、控制权的裁决和转移
块CPU同时在线运行，一块处于主控制模式，另一块处于热备模式。拥有主控制权的CPU具有输出控制权，而热备CPU同时采集数据和保持通讯连接，但输出被禁止。
两个CPU模块互相监视对方的运行状态和通讯情况，一旦发现对方故障，立即发出报警，通过ControlNet网，传送给上位工控机，在操作管理台上显示报警。如果是主控CPU模块故障，热备CPU模块自动获得主控制权。控制权的裁决和转移的软件框图如图4所示。
2、两块CPU模块的同步控制
由于热备CPU随时准备着，一旦主CPU故障，就立即获取主控制权而成为主控CPU，因此，主CPU必须将自己的信息随时传递给热备CPU，而热备CPU必须跟踪主CPU的变化，与主CPU保持同步，这样，在两块CPU模块进行控制权的转移时，实现无扰动切换。CPU模块的同步控制程序框图如图5所示。
五、结束语
用A-B ControlLogix双CPU的PLC控制器实现的熔盐炉自动系统，已于2001年底开始成功运行于中国铝业河南分公司，运行情况良好，满足了一水硬铝管道化溶出氧化铝生产线的工艺要求。
我们的体会是，ControlLogix双CPU冗余控制的软件方式实现是一种经济、有效的方法，它成本支出不大，却能使系统的可靠性大大提高。
另外，双CPU冗余控制时，如何利用Map命令，只将具有主控制权的CPU数据通过ControlNet网传送给其他控制设备，是值得进一步研究的。
很多时候，在一些大型的装配机械应用中你可能需要做启停的顺序逻辑控制。这些顺序控制保证在使用急停电路之前和保护通道打开之前正确地停下你的机器，很明显，通过这样控制机器的停止是有好处的。如果一个自动化过程启动以后，你想在停止机器之前允许它结束工作，特别是有一个必需的装配顺序在你的自动化机器工作周期中。一个控制停止更优于使用急停，所以你不必释放信息的跟踪，或者在周期的中间停止。
这儿有一些你需要理解的编辑一个控制启停顺序逻辑的程序设计基础。我将调用我的那些主控位，对于启动按钮我也会定义。那些主控位用于逻辑中的任何地方，来防止自动化过程的再次启动和他们已经完成时的监测。
主控位定义：
启动请求(START_REQ)：在操作员按下必需的周期启动按钮(PB_START)后这个位闭合，在运行位(RUNNING)闭合后，这个位打开。
典型梯形图：
运行(RUNNING)：在启动请求发生之后，这个位闭合，通常在输送系统中后一个电机启动以后。如果你没有输送电机这个梯级会直接闭合。如果你有输送电机或者在系统进入自动循环运行之前你可能要对其它的一些过程做预启动，那么插入后一个电机的触点或预启动的条件在START_REQ和MCR指令之间，那么必须后一台电机启动或预启动条件满足以后，运行位(RUNNING)才会闭合。这个运行位用在每一个顺序中来允许顺序启动。
下面是没有输送电机的典型梯形图：
下面是有输送电机的典型梯形图：
停机请求(STOP_REG)：当周期停止按钮被按下，或者有人将机器从自动模式切换到手动模式时，停机请求位闭合。这个位也用在每一个梯级中，当停止请求发出后禁止设备再次启动，当停止位(STOPPED)闭合后，这个梯级被释放。
典型梯形图：
停机(STOPPED)：当同意停机位(OK_TO_STOP)被触发后这个位闭合，这个梯级触发后，上面的运行位被停止。
典型梯形图：
同意停机(OK TO STOP)：这个位监控机器中所有的顺序步。有代表性地，我写了一个位在周期中调用，为我机器中的每一个顺序。一旦我启动了一个站进入自动控制周期，我机器中的每个站都有一个循环位，如果那些站还在动作，我使用这个位就可以让我知道。如果所有的站都完成了动作，然后就可以停机了，停机请求位将保持直到站点再次启动。
典型的梯形图：
那么现在你对主控位有了一个基本的理解了，你可以用主控位来控制一个顺序逻辑的启停。在每一个顺序逻辑或机器上的自动控制站中，我调用了一些其它的子位：OK，INCYCLE和DONE，当所有的条件都满足后，就可以启动顺序逻辑，一旦顺序逻辑启动以后，就进入INCYCLE状态，然后完成一系列编程要求完成的动作。当站点返回到原位置的时候，那么完成位就是DONE。一旦完成位到来，那么INCYCLE位就断开，我们准备启动另外一个周期。下面的梯形图中你将注意到，主控位RUNNING对于启动过程来说是必需的，而且机器不能处在停机请求STOP REQUEST状态。
典型顺序逻辑梯形图：
CITECT是基于bbbbbbs NT和bbbbbbs 95平台上的工业软件系统,它被广泛用于从为OEMS的HMI解决方案到世界上大的以PC为基础SCADA系统中。
广东澳联玻璃有限公司是与澳大利亚ACI玻璃包装公司合作经营专门生产食品饮料玻璃瓶罐的大型企业，她是亚洲地区大的玻璃瓶罐制品加工基地之一。CITECT本是澳洲的工控软件，采用CITECT工控软件对PLC系统及现场仪表进行控制及监视自然是他们的，当然更重要的是由于CITECT工控软件强大的功能、配置的灵活性及完全的可靠性，深得工控界的赏识。
广东澳联玻璃有限公司的整个控制系统由BAILEY公司的MC5000多回路控制器、AB 公司的 PLC-5、SLC500及横河公司的HR2400（记录仪）等构成，与PLC及仪表的通讯采用的是RS-232C接口,整个CITEC系统则采用的是以太网的结构（如下图所示）。
广东澳联玻璃有限公司共有三条制瓶流水线，每条生产流水线均由窑炉系统和成型制瓶系统构成，采集约2000个I/O点。生产流水线上的CITECT工控网由两台I/O SERVER和一台CLIENT DISPLAY构成，I/O SERVER主要用于监控现场设备、系统报警、采集及传输工业现场数据、记录历史数据及报表生成等；CLIENT DISPLAY相当于一个可操作的监视站，从I/O SERVER上获得数据，用于环境差的工业现场。由于每台微机采集就地的PLC数据和处理相应的事务，所以整个系统的负荷被平均分配，使得整个系统保持良好的运行性能和及时的事件响应能力。
此套系统采用的是bbbbbbs95平台及新的Citect5.21版工控软件，9台HP微机采用的是奔腾III代芯片，所有这些使得用户根本不必为微机及软件的性能担忧。事实上，经过对整个系统性能实测，其中一些性能指标列在下面(每个系统在采样点数为2000点左右的情况下)，］
“CITECT让我们及时更快地“看到了”全厂的每一个角落、让我们更放心、更安全”，这是广东澳联人真诚而朴实的话，这是对CITECT的大的支持与鼓舞，CITECT也永远以“先进、及时、可靠”的姿态与世界同步前进，为用户提供完整的服务